CN101968444A - 一种透射式ccd成像图像分析装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透射式CCD成像图像分析装置及方法，该装置包括样品放置模块、图像采集模块和控制模块，样品放置模块包括多孔液体样品透明容器和托架，图像采集模块包括LED均匀透射光源模块、光学成像模块和光电转换模块，控制模块包括主控模块、计算机、托架驱动模块、数据传输模块。该方法是首先将装置中的图像采集模块和控制模块复位，将装有实验样品的多孔液体样品透明容器固定放置于托架中，然后主控模块通过托架驱动模块控制托架匀速经过LED均匀透射光源模块与光学成像模块之间位置，最后图像采集模块采集图像后经数据传输模块传送至计算机进行图像分析。该发明能一次对多个液体样品进行快速成像，运行平稳，识别正确率高。
Description
技术领域
本发明涉及液体样品分析识别领域，具体是指一种透射式CCD成像图像分析装置及方法。
背景技术
目前对液体样品的图形和颜色识别多采用拍摄法。该法利用近焦距高像素摄像头对样品逐一进行拍照，然后把拍摄得到的图片传到计算机，与预先存储的标准图片进行对比，从而对样品做出判断。该法具有以下的缺点：(1)在识别数量巨大的液体样品时速度太慢，不能用于时效性较强的液体样品识别；(2)当摄像头由一个样品转到另一个样品进行拍摄时易产生定位误差，从而降低识别的正确率；(3)摄像头每次启动和停止都会产生冲击，使液体样品产生荡动，对样品的原始图形有明显的破坏作用。
而且现有的摄像头或数码相机虽然能够一次对多个液体样品进行拍照，但要获得不变形的高清图像需要很大的焦距和很高的分辨率，实际上不可行。现有的扫描仪也能够一次成像，但由于是按平面图形成像设计，不适用于有一定深度的立体成像，而且扫描头在下样品在上的方式也不能用于液体成像。
因此，发明一种能一次对数个乃至数十个液体样品进行快速成像，运行平稳，识别正确率高的系统显得十分必要。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种透射式CCD成像图像分析装置。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述装置的对液体样品进行分析识别的透射式CCD成像图像分析方法。
本发明通过下述技术方案实现：一种透射式CCD成像图像分析装置，包括样品放置模块、图像采集模块和控制模块，所述样品放置模块包括多孔液体样品透明容器和托架，多孔液体样品透明容器放置在托架的凹槽中，通过弹性物压紧定位；所述图像采集模块包括LED均匀透射光源模块、光学成像模块和光电转换模块，LED均匀透射光源模块设置于光学成像模块的正下方，并与光学成像模块间隔一定距离，光电转换模块集成在光学成像模块中；所述控制模块包括用于整机运行控制和用户操作的主控模块、用于图像分析的计算机、用于控制样品放置模块移动的托架驱动模块、数据传输模块，主控模块和计算机均通过数据传输模块与图像采集模块中的光电转换模块相连，主控模块通过托架驱动模块控制样品放置模块的运动。
所述样品放置模块中多孔液体样品透明容器中的样品槽为8～96个。
所述图像采集模块中的光学成像模块至少比样品放置模块的高度高1～3mm，LED均匀透射光源模块和样品放置模块之间的距离为5～20mm。
所述图像采集模块中光电转换模块采用CCD线阵列，长度与多孔液体样品透明容器宽度接近，能形成10～30mm的焦深。
所述控制模块中的主控模块包括CPU、控制键盘或触摸屏。
作为优选方案，所述控制模块中的托架驱动模块采用塑料齿轮减速器、皮带传动和滚轮输送。
一种基于上述装置的透射式CCD成像图像分析方法，首先，将装置中的图像采集模块和控制模块复位，将装有实验样品的多孔液体样品透明容器固定放置于托架中，然后主控模块通过托架驱动模块控制托架匀速经过LED均匀透射光源模块与光学成像模块之间位置，最后图像采集模块采集图像后经数据传输模块传送至计算机进行图像分析。
具体包括以下步骤：
(1)系统初始化：接通电源开关后，装置中的图像采集模块和控制模块均自动复位，然后将不同液体样品放入多孔液体样品透明容器中，再将多孔液体样品透明容器放置在托架的凹槽中，通过弹性物压紧定位；
(2)样品送入：通过主控模块上的控制按钮启动托架驱动模块，托架驱动模块控制托架匀速经过LED均匀透射光源模块与光学成像模块之间位置；
(3)图像采集：对于与时间无关的样品，光学成像模块拍摄一幅图像后在光电转换模块的CCD器件中一次生成多个液体样品的立体图像并转换成电信号，电信号经数据传输模块传送至计算机；对于和时间有关的样品，光学成像模块按预先设定的时间间隔定时采集图像，然后将这些与时间密切相关的图像经光电转换模块转换后经数据传输模块传送至计算机；
(4)图像分析：对于与时间无关的样品，将传来的图像按样品槽数目进行均匀切割，每个样品槽作为一张小图，对切割后的小图按顺序进行编号，依次对每张切割后的小图进行预处理，根据颜色或色度不同分别与计算机中的标准图像库或标准色度库作比对，得出实验结果评价；对于和时间有关的样品，则将光学成像模块定时采集的图像与相应时间段的标准图像或色度作比对，得出实验结果评价。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明中光电转换模块采用CCD线阵列，多孔液体样品透明容器有数个乃至数十个样品槽，可一次对多个液体样品的图形进行成像，成像清晰度高，图像不变形或变形小且能够通过其他方式校正。
2、本发明中的图像分析部分能将一次成像的多个液体样品图形精确地分解成单个样品图形进行分析判断，互相之间不产生任何影响，节省了实验时间。
3、本发明中采用LED均匀透射光源能产生大面积的均匀漫射光，实现了成像背景光的各向同性，有效消除了其他光源在液体中产生的光斑，保证了成像的原始性。
4、本发明中托架驱动模块可有效降低运动中的振动、冲击和阻力，避免液体样品物理性质在成像过程中受到破坏。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种透射式CCD成像图像分析装置，包括样品放置模块、图像采集模块和控制模块，所述样品放置模块包括多孔液体样品透明容器1和托架2，多孔液体样品透明容器1放置在托架2的凹槽中，通过弹性物压紧定位；所述图像采集模块包括LED均匀透射光源模块3、光学成像模块4和光电转换模块5，LED均匀透射光源模块3设置于光学成像模块4的正下方，并与光学成像模块4间隔一定距离，光电转换模块5集成在光学成像模块4中；所述控制模块包括用于整机运行控制和用户操作的主控模块6、用于图像分析的计算机7、用于控制样品放置模块移动的托架驱动模块8、数据传输模块9，主控模块6和计算机7均通过数据传输模块9与图像采集模块中的光电转换模块5相连，主控模块6通过托架驱动模块8控制样品放置模块的运动。
所述样品放置模块中多孔液体样品透明容器1中的样品槽为96个。
所述图像采集模块中的光学成像模块4至少比样品放置模块的高度高1～3mm，LED均匀透射光源模块3和样品放置模块之间的距离为5mm。
所述图像采集模块中光电转换模块5采用CCD线阵列，长度与多孔液体样品透明容器1宽度接近，能形成20mm的焦深。
所述控制模块中的主控模块6包括CPU、控制键盘。
所述控制模块中的托架驱动模块8采用塑料齿轮减速器、皮带传动和滚轮输送。
如图2所示，一种基于上述装置的透射式CCD成像图像分析方法，首先，将装置中的图像采集模块和控制模块复位，将装有实验样品的多孔液体样品透明容器1固定放置于托架2中，然后主控模块6通过托架驱动模块8控制托架2匀速经过LED均匀透射光源模块3与光学成像模块4之间位置，最后图像采集模块采集图像后经数据传输模块9传送至计算机7进行图像分析。
具体包括以下步骤：
(1)系统初始化：接通电源开关后，装置中的图像采集模块和控制模块均自动复位，然后将不同液体样品放入多孔液体样品透明容器1中，再将多孔液体样品透明容器1放置在托架2的凹槽中，通过弹性物压紧定位；
(2)样品送入：通过主控模块6上的控制按钮启动托架驱动模块8，托架驱动模块8控制托架2匀速经过LED均匀透射光源模块3与光学成像模块4之间位置；
(3)图像采集：对于与时间无关的样品，光学成像模块4拍摄一幅图像后在光电转换模块5的CCD器件中一次生成多个液体样品的立体图像并转换成电信号，电信号经数据传输模块9传送至计算机7；对于和时间有关的样品，光学成像模块4按预先设定的时间间隔定时采集图像，然后将这些与时间密切相关的图像经光电转换模块5转换后经数据传输模块9传送至计算机7；
(4)图像分析：对于与时间无关的样品，将传来的图像按样品槽数目进行均匀切割，每个样品槽作为一张小图，对切割后的小图按顺序进行编号，依次对每张切割后的小图进行预处理，根据颜色或色度不同分别与计算机中的标准图像库或标准色度库作比对，得出实验结果评价；对于和时间有关的样品，则将光学成像模块4定时采集的图像与相应时间段的标准图像或色度作比对，得出实验结果评价。
在实际操作中，主要针对3种不同样品进行识别：
(1)液体样品图形识别。部分生化实验会形成不同的图形，而实验结果的评价与图形相关。对于该类识别，首先将实验结果评价同实验图形的相关性用软件方式列表形成标准图形库存入计算机。测试时，将实验溶液注入多孔液体样品透明容器1的孔中形成液体样品，然后把多孔液体样品透明容器1放入托架2中，通过主控模块6的操作键盘启动托盘驱动模块8，使多孔液体样品透明容器1中的所有液体样品在光学成像模块4和光电转换模块5中形成图像电信号。该信号输入计算机后切割成单个样品图形，再通过与预存的图形比对，得出实验结果的评价。
(2)液体样品颜色识别。部分生化实验会生成不同颜色的溶液，而实验结果的评价与溶液的颜色相关。对于该类识别，首先将实验结果评价同溶液颜色的相关性用软件方式列表形成标准色度库存入计算机。测试时，操作过程与液体样品图形识别相同，只是生成的图像包含多孔液体样品透明容器中所有液体样品的颜色信息。这些信息输入计算机后先切割成单个样品颜色，再通过与预存的颜色比对，就能得出实验结果的评价。
(3)生化过程识别。部分生化实验的结果评价与实验过程中溶液的图形或颜色变化规律相关，例如图形聚集的速度或颜色变化的速度。此过程用肉眼或拍摄法很难监测。对于该类识别，该系统将过程中溶液形状或颜色的变化规律按时间分段的方式预存在计算机的软件中，当液体样品放入容器中后，按时间间隔定时启动成像系统，形成与时间密切相关的图像，通过与相应时间段的标准图像或颜色比对，就能对实验结果作出正确的评价。
实施例2
本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：所述样品放置模块中多孔液体样品透明容器1中的样品槽为48个。
所述图像采集模块中的LED均匀透射光源模块3和样品放置模块之间的距离为20mm。
所述控制模块中的主控模块6包括CPU、触摸屏。
所述图像采集模块中光电转换模块5采用CCD线阵列，长度与多孔液体样品透明容器1宽度接近，能形成30mm的焦深。
实施例3
本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：所述样品放置模块中多孔液体样品透明容器1中的样品槽为8个。
所述图像采集模块中光电转换模块5采用CCD线阵列，长度与多孔液体样品透明容器1宽度接近，能形成10mm的焦深。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种透射式CCD成像图像分析装置，其特征在于：包括样品放置模块、图像采集模块和控制模块，所述样品放置模块包括多孔液体样品透明容器和托架，多孔液体样品透明容器放置在托架的凹槽中，通过弹性物压紧定位；所述图像采集模块包括LED均匀透射光源模块、光学成像模块和光电转换模块，LED均匀透射光源模块设置于光学成像模块的正下方，并与光学成像模块间隔一定距离，光电转换模块集成在光学成像模块中；所述控制模块包括用于整机运行控制和用户操作的主控模块、用于图像分析的计算机、用于控制样品放置模块移动的托架驱动模块、数据传输模块，主控模块和计算机均通过数据传输模块与图像采集模块中的光电转换模块相连，主控模块通过托架驱动模块控制样品放置模块的运动。
2.根据权利要求1所述的透射式CCD成像图像分析装置，其特征在于：所述样品放置模块中多孔液体样品透明容器中的样品槽为8～96个。
3.根据权利要求1所述的透射式CCD成像图像分析装置，其特征在于：所述图像采集模块中的光学成像模块至少比样品放置模块的高度高1～3mm，LED均匀透射光源模块和样品放置模块之间的距离为5～20mm。
4.根据权利要求1所述的透射式CCD成像图像分析装置，其特征在于：所述图像采集模块中光电转换模块采用CCD线阵列，长度与多孔液体样品透明容器宽度接近，能形成10～30mm的焦深。
5.根据权利要求1所述的透射式CCD成像图像分析装置，其特征在于：所述控制模块中的主控模块包括CPU、控制键盘或触摸屏。
6.根据权利要求1所述的透射式CCD成像图像分析装置，其特征在于：所述控制模块中的托架驱动模块采用塑料齿轮减速器、皮带传动和滚轮输送。
7.一种基于权利要求1所述装置的透射式CCD成像图像分析方法，其特征在于：将装置中的图像采集模块和控制模块复位，将装有实验样品的多孔液体样品透明容器固定放置于托架中，然后主控模块通过托架驱动模块控制托架匀速经过LED均匀透射光源模块与光学成像模块之间位置，最后图像采集模块采集图像后经数据传输模块传送至计算机进行图像分析。
8.根据权利要求7所述的透射式CCD成像图像分析方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)系统初始化：接通电源开关后，装置中的图像采集模块和控制模块均自动复位，然后将不同液体样品放入多孔液体样品透明容器中，再将多孔液体样品透明容器放置在托架的凹槽中，通过弹性物压紧定位；
(2)样品送入：通过主控模块上的控制按钮启动托架驱动模块，托架驱动模块控制托架匀速经过LED均匀透射光源模块与光学成像模块之间位置；
(3)图像采集：对于与时间无关的样品，光学成像模块拍摄一幅图像后在光电转换模块的CCD器件中一次生成多个液体样品的立体图像并转换成电信号，电信号经数据传输模块传送至计算机；对于和时间有关的样品，光学成像模块按预先设定的时间间隔定时采集图像，然后将这些与时间密切相关的图像经光电转换模块转换后经数据传输模块传送至计算机；
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